Ansámblové predpovede

Atmosféra je dynamický a chaotický systém, pre ktorý platí, že aj veľmi malé odchýlky v počiatočných stavoch môžu spôsobovať veľmi odlišný následný vývoj. Hoci sa tieto procesy riadia fyzikálnymi zákonmi, naša schopnosť predvídať ich, a tak predpovedať počasie zostáva z mnohých dôvodov značne obmedzená.

Superpočítač Cray v centre ECMWF, foto ECMWF

Takzvané ansámblové modely sa snažia pracovať s neurčitosťami vyvolanými citlivosťou na počiatočné podmienky aj (ne)presnosťou predpovedných modelov. Výsledkom je predpoveď počasia v podobe súboru (ansámblu) možností, ktoré by mali popísať situáciu presnejšie a podrobnejšie ako tradičné deterministické modely charakterizované vetou: Bude presne takto, a nie inak.

Maximá, minimá, priemery

Slovenský hydrometeorologický ústav (SHMÚ) začal v uplynulých mesiacoch využívať nový predpovedný systém A-LAEF (Limited Area Ensemble Forecasting; predpovedanie s vysokým rozlíšením na ohraničenej oblasti). Systém ponúka ansámblovú predpoveď na najbližšie tri dni. Používateľom ponúka model vývoja teplôt, množstva zrážok, oblačnosti aj vetra v podobe mapiek ukazujúcich priemer, maximum, minimum a rozptyl očakávaných hodnôt daných ukazovateľov. Čím menšie a kratšie trvajúce javy sa snažíme predpovedať, tým väčšia neurčitosť tam bude. V systéme A-LAEF používame rôzne sofistikované metódy na simuláciu takýchto neistôt. Simuláciu neurčitosti robíme väčšinou aplikovaním tzv. perturbácií, čiže malých zmien v porovnaní s pôvodnými hodnotami meteorologických prvkov tak, aby boli zmysluplne zachované ich fyzikálne vlastnosti určené prírodnými zákonmi, hlavne zákon zachovania energie. Samotný ansámbel potom pozostáva z viacerých možných scenárov vývoja atmosféry, a preto vieme pracovať s pravdepodobnosťou výskytu predpovedaného javu. Veľkou výhodou v porovnaní s klasickou numerickou predpoveďou je, že ansámblový systém dokáže často zachytiť aj extrémne prejavy počasia, ktoré v konkrétnej deterministickej predpovedi môžu vďaka nižšej prediktabilite úplne chýbať, uviedol vo svojej analýze na stránkach SHMÚ Martin Belluš, ktorý systém vyvinul a pomohol zaviesť.

20 biliónov údajov

Ansámblová predpoveď pre strednú Európu, zdroj SHMÚ

Údaje A-LAEF spracúva výpočtový klaster v európskom centre pre strednodobú predpoveď počasia (ECMWF), pretože ani jeden z partnerov programu regionálnej spolupráce pre numerické modelovanie počasia v strednej Európe (Česko, Maďarsko, Poľsko, Rakúsko, Rumunsko, Slovensko a Slovinsko), v rámci ktorého systém vznikol, nemá na to dostatočne výkonný počítač. Ansámbel pozostáva zo 16 perturbovaných a jedného kontrolného (neperturbovaného) člena, všetky s horizontálnym rozlíšením 4,8 km a 60 vertikálnymi hladinami. Celkový počet uzlových bodov v doméne, kde prebiehajú výpočty, je takmer milión (937 500). Toto číslo treba vynásobiť počtom vertikálnych hladín, počtom prognostických parametrov, počtom časových krokov v predpovedi a počtom všetkých členov ansámbla. Výsledkom je číslo približne 20 biliónov. Systém je prepočítaný dva razy za deň pre termíny 00 a 12 UTC na nasledujúcich 72 hodín. Výpočet celého ansámbla pre jeden termín na 4 896 jadrách výpočtového klastra v ECMWF (17 × 288) trvá približne dve hodiny. Výstupy z A-LAEF nájdu podľa Martina Belluša svoje využitie aj v nadväzujúcich hydrologických, energetických a nowcastingových modeloch. V ansámblovej predpovedi je obsiahnutých niekoľkonásobne viac informácií a predpoveď môže byť aj vo forme pravdepodobnosti výskytu daného javu. Hraničné hodnoty sú však závislé od konkrétneho používateľa alebo od konkrétnej aplikácie využitia týchto dát. Rôzne nároky na splnenie či nesplnenie určitých poveternostných podmienok bude mať napríklad stavebná firma chystajúca sa na betónovanie základov stavby, poľnohospodárska firma zvažujúca zabezpečovací postrek proti mrazu, spoločnosť prevádzkujúca veterné turbíny alebo rodina s deťmi zvažujúca víkendový výlet do hôr.

R

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 9/2020. Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.
Komentáre